บทที่ 2 เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

บทที่ 2

เอกสารที่เกี่ยวข้อง

          ในการทำโครงงานคอมพิวเตอร์ เรื่องระบบควบคุมการรดน้ำอัตโนมัติผ่านโทรศัพท์มือถือสำหรับปลูกต้นอ่อนทานตะวัน คณะผู้จัดทำได้ศึกษาข้อมูลเอกสารที่เกี่ยวข้อง ดังนี้

          2.1 ต้นอ่อนทานตะวัน

          2.2 ขั้นตอนการปลูกต้นอ่อนทานตะวัน

2.3 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller)

          2.3.1 บอร์ด Arduino ESP8266 หรือ Node MCU

2.4 วงจรรีเลย์ (Relay)

2.5 เซ็นเซอร์วัดความชื้อในดิน

2.6 โซลินอยด์วาล์ว (Solenoid Valve)

2.7 โปรแกรม Arduino IDE

         

2.1 ต้นอ่อนทานตะวัน 

ภาพที่ 2.1 ต้นอ่อนทานตะวัน

ต้นอ่อนทานตะวันก็คือต้นอ่อนของดอกทานตะวันที่มีอายุเพียง 7 - 11 วัน ซึ่งว่ากันว่าในต้นอ่อนทานตะวันนี้เต็มไปด้วยสารอาหารที่ดีต่อส­­­ุขภาพ เช่น ไฟเบอร์ โปรตีน ธาตุเหล็ก แคลเซียม สังกะสี และโพแทสเซียม หรือแม้แต่ไขมันชนิดที่ดีต่อร่างกายอีกด้วย

          ต้นอ่อนทานตะวันถือว่าเป็นพืชที่อุดมไปด้วยสารอาหารและคุณประ­โยชน์มากเลยล่ะค่ะ ในปริมาณ 1/4 ถ้วย ต้นอ่อนทานตะวันมีปริมาณไขมันสูงถึง 16 กรัม ไขมันอิ่มตัว 2 กรัม ไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน 8 กรัม ไขมันไม่อิ่มตัวเชิงเดี่ยว 6 กรัม คาร์โบไฮเดรต 6 กรัม ไฟเบอร์ 2 กรัม และโปรตีน 6 กรัม ซึ่งไขมันที่อยู่ในต้นอ่อนทานตะวันนี้ล้วนแต่เป็นไขมันชนิดที่ด­­­ีและมีประโยชน์ต่อร่างกาย ช่วยควบคุมระดับคอเลสเตอรอลในเลือดได้อีกด้วย
          ไม่เพียงเท่านั้น ต้นอ่อนทานตะวันยังมีแคลเซียมและธาตุเหล็กสูงด้วยเช่นกัน โดยต้นอ่อนทานตะวัน 1/4ถ้วย ก็มีประมาณธาตุเหล็กถึง 8% ของปริมาณธาตุเหล็กที่ควรได้รับต่อวัน และมีแคลเซียมถึง 2% ของปริมาณที่ควรได้รับต่อวันอีกด้วย ถือว่าเป็นพืชคุณค่าทางอาหารสูง

เจ้าต้นอ่อนทานตะวันนี้ จัดเป็นอาหารที่มีประโยชน์ต่อร่างกายอย่างมาก เพราะมีสารชนิดหนึ่งที่มีชื่อเรียกว่า GABA (gamma aminobotyric acid) ซึ่งเจ้าสารชนิดนี้มีคุณสมบัติในการช่วยป้องกันโรคมากมายหลายชน­­­ิด อาทิเช่น โรคมะเร็ง โรคเบาหวาน ช่วยในการควบคุมน้ำหนัก บำรุงเซลล์สมอง ป้องกันการเกิดโรคอัลไซเมอร์

ช่วยบำรุงผิวพรรณ สายตา ชะลอความแก่ชรา
          นอกจากนี้ก็ยังอุดมไปด้วยวิตามินบี 1 บี 6 วิตามินอี วิตามินซี และเซเลเนียม กรดไขมันโอเมก้า 3, 6, 9 มีโฟเลทสูง เหมาะสำหรับหญิงตั้งครรภ์ และขจัดเชื้อโรคต่าง ๆ ในปอด โดยในศาสตร์ของแพทย์แผนอายุรเวทโบราณนั้น ต้นอ่อนทานตะวันสามารถช่วยป้องกันการติดเชื้อในระบบทางเดินหายใ­จได้อีกด้วย

2.2 ขั้นตอนการปลูกต้นอ่อนทานตะวัน 

ขั้นตอนที่ 1 นำเมล็ดแช่น้ำ 4-6 ชม. ระหว่างแช่จะมีฟองอากาศซึ่งเกิดจากน้ำเข้าไปในเมล็ดครับ หลังจากนั้นเทน้ำออก

ขั้นตอนที่ 2 นำเมล็ดบ่มในผ้าขนหนู ประมาณ 18-20 ชม. ทุก ๆ 5 ชม. ให้คนกลับไปกลับมา เมล็ดจะเริ่มงอกเป็นตุ่ม ๆ ดังภาพ แสดงว่าเริ่มเพาะได้แล้ว ให้เรานำดินใส่ถาดที่เตรียมไว้

ขั้นตอนที่ 3 โรยเมล็ดลงดิน โดยไม่ให้หนา หรือบางจนเกินไป

ขั้นตอนที่ 4 โรยดินกลบบาง ๆ และรดน้ำพอชุ่ม

ขั้นตอนที่ 5 นำถาดมาซ้อนกันประมาณ 1 คืน หลังจากนั้นให้นำถาดออกมารดน้ำตามปกติ

ขั้นตอนที่ 6 แยกถาดออกไว้ในร่ม รดน้ำวันละ 2 ครั้ง เช้า-เย็น

ขั้นตอนที่ 7 เข้าสู่วันที่ 3 รดน้ำต่อวันละ 2 ครั้ง เช้า-เย็น พอประมาณ

ขั้นตอนที่ 8 เข้าสู่วันที่ 4 รดน้ำบาง ๆ เพื่อให้ดินหลุดจากใบ สามารถเริ่มเก็บเมล็ดที่ติดใบออกได้ รดน้ำเช้า-เย็นต่อ

ขั้นตอนที่ 9 เข้าสู่วันที่ 5 รดน้ำต่อเช้า-เย็น พอประมาณ

ขั้นตอนที่ 10 เข้าสู่วันที่ 6-7 รดน้ำเช้า-เย็นปกติ และนำออกมารับแสงในวันที่จะตัด ต้นจะเริ่มเขียว สามารถตัดได้ในวันที่ 6-7 หรือมากกว่าก็ได้ครับ แล้วแต่ความยาวของต้น

การตัด : การตัด ใช้มือรวบโคนต้นเป็นกระจุก นำกรรไกร หรือคัตเตอร์คม ๆ ตัดที่โคนต้น สาเหตุที่ต้องใช้คมมาก ๆ เพื่อป้องกันโคนต้นช้ำครับ ล้างในกะละมัง 2 น้ำ เก็บเศษดิน เศษราก และเมล็ดที่ติดมาออก ผึ่งให้แห้ง พร้อมรับประทาน หรือจะแพ็คใส่ถุงเข้าตู้เย็น โดยมัดปากถุงให้แน่น ไม่ต้องเจาะรู แต่ต้องผึ่งให้สะเด็ดน้ำก่อนนะครับ สามารถเก็บได้ถึง 5-7 วันครับ

2.3 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) 

ภาพที่ 2.3 ไมโครคอนโทรลเลอร์

ไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็นอุปกรณ์ชิปไอซีพิเศษชนิดหนึ่ง ที่เราสามารถเขียนโปรแกรมเพื่อควบคุมการทำงานตามที่ต้องการได้

ภายในไมโครคอนโทรลเลอร์จะประกอบไปด้วย

-หน่วยประมวลผล
-หน่วยความจำชั่วคราว (RAM)
-หน่วยความจำถาวร (ROM)
-พอร์ตอินพุต,เอาท์พุต 

ส่วนพิเศษอื่นๆ จะขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตของแต่ละบริษัทที่จะผลิตขึ้นมาใ่ส่คุณสมบัติพิเศษลงไปเช่น
     - ADC (Analog to Digital) ส่วนภาครับสัญญาณอนาล็อกแปลงไปเป็นสัญญาณดิจิตอล
     - DAC (Digital to Analog) ส่วนภาคส่งสัญญาณดิจิตอลแปลงไปเป็นสัญญาณอนาล็อก
     - I2C (Inter Integrate Circuit Bus) เป็นการสื่อสารอนุกรม แบบซิงโครนัส

(Synchronous) เพื่อใช้ ติดต่อสื่อสาร ระหว่าง ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) กับอุปกรณ์ภายนอก ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นโดยบริษัท Philips Semiconductors โดยใช้สายสัญญาณเพียง 2 เส้นเท่านั้น คือ serial data (SDA) และสาย serial clock (SCL) ซึ่งสามารถ เชื่อมต่ออุปกรณ์ จำนวนหลายๆ ตัว เข้าด้วยกันได้ ทำให้ MCU ใช้พอร์ตเพียง 2 พอร์ตเท่านั้น
     - SPI (Serial Peripheral Interface) เป็นการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เพื่อรับส่งข้อมูลแบบซิงโครนัส (Synchronize) มีสัญญาณนาฬิกาเข้ามาเกี่ยวข้องระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) หรือจะเป็นอุปกรณ์ภายนอกที่มีการรับส่งข้อมูลแบบ SPI อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นมาสเตอร์ (Master) โดยปกติแล้วจะเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ หรืออาจกล่าวได้ว่าอุปกรณ์ Master จะต้องควบคุมอุปกรณ์ Slave ได้ โดยปกติตัว Slave มักจะเป็นไอซี (IC) หน้าที่พิเศษต่างๆ เช่น ไอซีอุณหภูมิ, ไอซีฐานเวลานาฬิกาจริง (Real-Time Clock) หรืออาจเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทำหน้าที่ในโหมด Slave ก็ได้เช่นกัน
     - PWM (Pulse Width Modulation) การสร้างสัญญาณพัลส์แบบสแควร์เวฟ ที่สามารถปรับเปลี่่ยนความถี่และ Duty Cycle ได้เพื่อนำไปควบอุปกรณ์ต่างๆเ่ช่น มอเตอร์
     - UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) ทำหน้าที่รับส่งข้อมูลแบบอะซิงโครนัสสำหรับมาตรฐานการรับส่งข้อมูลแบบ RS-232

ภาษาที่ใช้เขียน โปรแกรมควบคุมไมโครคอนโทลเลอร์

1.ภาษา Assembly

2.ภาษา Basic

3.ภาษา C

4.ภาษา Pascal

ภาษาดัง กล่าวที่กล่าวในเบื้องต้น ไมโครคอนโทรลเลอร์บางตระกูล จะใช้ได้ครบทุกภาษา แต่บางตระกูลจะใช้ได้บางภาษา ขึ้นอยู่กับบริษัทผู้ผลิต Software (โดยทั่วไปจะเรียกว่า Editor And Complier) ที่ใช้เขียนภาษาไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นจะผลิตออกมาให้ Support หรือไม่ 

รถยนต์ มีหลายบริษัทผู้ผลิต,ในแต่ละบริษัทก็มีอยู่หลายรุ่นหลายแบบ รถยนต์มีระบบทุกอย่างพร้อมขึ้นอยู่กับเราจะขับหรือควบคุมการใช้งานนั่นเอง

ไมโครคอนโทรลเลอร์ก็เช่นกัน มีหลายบริษัทผู้ผลิต,ในแต่ละบริษัทผู้ผลิต ก็จะมีหลายเบอร์ให้เลือกใช้งาน,ไมโครคอนโทรลเลอร์ก็มีระบบต่างๆอยู่เพียบ พร้อม ส่วนการใช้งานขึ้นอยู่กับเราจะเขียนโปรแกรมควบคุมให้มันทำงานตามที่เราต้อง การเท่านั้นเอง

2.3.1 บอร์ด Arduino ESP8266 หรือ Node MCU 

            ภาพที่ 2.3.1 Arduino ESP8266

ESP8266 คือโมดูล WiFi จากจีน ที่มีความพิเศษตรงที่ตัวมันสามารถโปรแกรมลงไปได้ ทำให้สามารถนำไปใช้งานแทนไมโครคอนโทรลเลอร์ได้เลย และมีพื้นที่โปรแกรมที่มากถึง 4MB ทำให้มีพื้นที่เหลือมากในการเขียนโปรแกรมลงไป

ESP8266 เป็นชื่อของชิปไอซีบนบอร์ดของโมดูล ซึ่งไอซี ESP8266 ไม่มีพื้นที่โปรแกรม (flash memory) ในตัว ทำให้ต้องใช้ไอซีภายนอก (external flash memory) ในการเก็บโปรแกรม ที่ใช้การเชื่อมต่อผ่านโปรโตคอล SPI ซึ่งสาเหตุนี้เองทำให้โมดูล ESP8266 มีพื้นที่โปรแกรมมากกว่าไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์เบอร์อื่นๆ

ESP8266 ทำงานที่แรงดันไฟฟ้า 3.3V - 3.6V การนำไปใช้งานร่วมกับเซ็นเซอร์อื่นๆที่ใช้แรงดัน 5V ต้องใช้วงจรแบ่งแรงดันมาช่วย เพื่อไม่ให้โมดูลพังเสียหาย กระแสที่โมดูลใช้งานสูงสุดคือ 200mA ความถี่คริสตอล 40MHz ทำให้เมื่อนำไปใช้งานอุปกรณ์ที่ทำงานรวดเร็วตามความถี่ เช่น LCD ทำให้การแสดงผลข้อมูลรวดเร็วกว่าไมโครคอนโทรลเลอร์ยอดนิยม Arduino มาก

2.4 วงจรรีเลย์ (Relay) 

ภาพที่ 2.4 รีเลย์

รีเลย์เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานแม่เหล็ก เพื่อใช้ในการดึงดูดหน้าสัมผัสของคอนแทคให้เปลี่ยนสภาวะ โดยการป้อนกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวด เพื่อทำการปิดหรือเปิดหน้าสัมผัสคล้ายกับสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเราสามารถนำรีเลย์ไปประยุกต์ใช้ ในการควบคุมวงจรต่าง ๆ ในงานช่างอิเล็กทรอนิกส์มากมาย

รีเลย์ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนหลักก็คือ

1. ส่วนของขดลวด (coil) เหนี่ยวนำกระแสต่ำ ทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าให้แกนโลหะไปกระทุ้งให้หน้าสัมผัสต่อกัน ทำงานโดยการรับแรงดันจากภายนอกต่อคร่อมที่ขดลวดเหนี่ยวนำนี้ เมื่อขดลวดได้รับแรงดัน(ค่าแรงดันที่รีเลย์ต้องการขึ้นกับชนิดและรุ่นตามที่ผู้ผลิตกำหนด) จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้แกนโลหะด้านในไปกระทุ้งให้แผ่นหน้าสัมผัสต่อกัน

2. ส่วนของหน้าสัมผัส (contact) ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์จ่ายกระแสไฟให้กับอุปกรณ์ที่เราต้องการนั่นเอง

จุดต่อใช้งานมาตรฐาน ประกอบด้วย

 - จุดต่อ NC ย่อมาจาก normal close หมายความว่าปกติดปิด หรือ หากยังไม่จ่ายไฟให้ขดลวดเหนี่ยวนำหน้าสัมผัสจะติดกัน โดยทั่วไปเรามักต่อจุดนี้เข้ากับอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการให้ทำงานตลอดเวลาเช่น

 - จุดต่อ NO ย่อมาจาก normal open หมายความว่าปกติเปิด หรือหากยังไม่จ่ายไฟให้ขดลวดเหนี่ยวนำหน้าสัมผัสจะไม่ติดกัน โดยทั่วไปเรามักต่อจุดนี้เข้ากับอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการควบคุมการเปิดปิดเช่นโคมไฟสนามหนือหน้าบ้าน

 - จุดต่อ C ย่อมากจาก common คือจุดร่วมที่ต่อมาจากแหล่งจ่ายไฟ

2.5 เซ็นเซอร์วัดความชื้อในดิน 

ภาพที่ 2.5 เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดิน

เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดิน Soil Moisture Sensor ใช้วัดความชื้นในดิน หรือใช้เป็นเซ็นเซอร์น้ำ สามารถต่อใช้งานกับไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้อนาล็อกอินพุตอ่านค่าความชื้น หรือเลือกใช้สัญญาณดิจิตอลที่ส่งมาจากโมดูล สามารถปรับความไวได้ด้วยการปรับ Trimpot

การใช้งาน จะต้องเสียบแผ่น PCB สำหรัลวัดลงดิน เพื่อให้วงจรแบ่งแรงดันทำงานได้ครบวงจร จากนั้นจึงใช้วงจรเปรียบเทียบแรงดันโดยใช้ไอซีออปแอมปเบอร์ LM393 เพื่อวัดแรงดันเปรียบเทียบกันระหว่างแรงดันดันที่วัดได้จากความชิ้นในดิน กับแรวดันที่วัดได้จากวงจรแบ่งแรงดันปรับค่าโดยใช้ Trimpot หากแรงดันที่วัดได้จากความชิ้นของดิน มีมากกว่า ก็จะทำให้วงจรปล่อยลอจิก 1 ไปที่ขา D0 แต่หากความชิ้นในดินมีน้อย ลอจิก 0 จะถูกปล่อยไปที่ขา D0

ขา A0 เป็นขาที่ต้อโดยตรงกับวงจรที่ใช้วงความชื้นในดิน ซึ่งให้ค่าแรงดันออกมาตั้งแต่ 0 - 5V (ในทางอุดมคติ) โดยหากความชิ้นในดินมีมาก แรงดันที่ปล่อยออกไปก็จะน้อยตามไปด้วย ในลักษณะของการแปรผันกลับ

2.6 โซลินอยด์วาล์ว (Solenoid Valve) 

ภาพที่ 2.6 โซลินอยด์วาล์ว

อุปกรณ์ควบคุมการปิด-เปิดทางไหลเข้าออกของน้ำ หรือของไหลอื่นๆ เป็นอุปกรณ์ทางอิเล็คโตร แมคเนติค ที่ใช้ควบคุมปริมาตรของ ของไหลที่ไหลผ่านท่อ โดยการเปิดหรือปิดที่รู orifices ของตัววาล์ว

โซลีนอยด์วาล์วเป็นการรวมกันของ 2 รูปแบบการทำงาน คือ

SOLENOID - (Electro-magnetic) coil จะเป็นตัวทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กและเหนี่ยวนำให้ plunger เคลื่อนที่ขึ้นลง

VALVE – ตัววาล์วจะมีรู orifice ที่มี disc คอยปิดและเปิดให้ของไหลไหลผ่านวาล์ว

2.7 โปรแกรม Arduino IDE 

ซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการพัฒนำงานสำหรับบอร์ด Arduino นั่นคือโปรแกรมที่เรียกว่า Arduino IDE ในการ เขียนโปรแกรมและคอมไพล์ลงบอร์ด IDE ย่อมาจาก (Integrated Development Environment) คือ ส่วนเสริมของ ระบบการพัฒนาหรือตัวช่วยต่างๆที่จะคอยช่วยเหลือ Developer หรือช่วยเหลือคนที่พัฒนา Application เพื่อเสริมให้ เกิดความรวดเร็ว ถูกต้อง แม่นยำ ตรวจสอบระบบที่จัดทำได้ ทำให้การพัฒนำงานต่างๆเร็วมากขึ้น